Виды солнечных батарей, особенности производства, различия

Где и как применяют солнечную энергию?

Гибкие панели применяются в разных сферах. Прежде чем составлять проект энергообеспечения дома при помощи этих солнечных батарей, выясните, где они применяются и каковы особенности их использования в нашем климате.

Область применения солнечных батарей

Применение гибких солнечных батарей очень широкое. Они с успехом используются в электронике, электрификации зданий, автомобиле- и авиастроении, на космических объектах.

В строительстве такие панели используют для обеспечения жилых и промышленных зданий электричеством.

Портативные зарядные устройства на основе гибких солнечных элементов доступны каждому и продаются повсеместно. Большие гибкие туристические панели для добычи электроэнергии в любом уголке Земного шара очень популярны среди путешественников.

Очень необычная, но практичная идея – использовать в качестве основы для гибких батарей дорожное полотно. Специальные элементы защищены от ударов и не боятся больших нагрузок.

Эта идея уже реализована. «Солнечная» дорога обеспечивает энергией окрестные деревни, при этом не занимая ни одного лишнего метра земли.

Особенности применения гибких аморфных панелей

Те, кто планирует начинать использование гибких солнечных панелей в качестве источника электроэнергии для своего дома, должны знать особенности их эксплуатации.

Прежде всего пользователей волнует вопрос, а что делать зимой, когда световой день короткий и электричества не хватит на функционирование всех приборов?

Да, в условиях пасмурной погоды и короткого светового дня производительность панелей снижается. Хорошо, когда есть альтернатива в виде возможности переключения на централизованное электроснабжение. Если ее нет, нужно запасаться аккумуляторами и заряжать их в те дни, когда погода благоприятная.

Интересная особенность солнечных батарей заключается в том, что при нагревании фотоэлемента его эффективность существенно снижается.

Число ясных дней в году зависит от региона. Разумеется, на юге использовать гибкие батареи рациональнее, поскольку солнце там светит дольше и чаще.

Так как в течение дня Земля меняет свое положение относительно Солнца, панели лучше располагать универсально – то есть с южной стороны под углом около 35-40 градусов. Такое положение будет актуальным как в утренние и вечерние часы, так и в полдень.

Устройство и работа модулей гибких солнечных батарей

Гибкая солнечная панель устроена следующим образом: тонкая подложка покрыта кремниевым полупроводником. Толщина панели с напылением составляет не более 1 мкм. Полупроводник нагревается солнцем, в результате чего электроны перемещаются в заданном направлении. К элементам монтируют выводы и формируют батарею. Для работы такой мобильной электростанции используют солнечную энергию.

Крупногабаритные, с маленьким КПД, солнечные батареи ушли в прошлое. Современным моделям не требуется максимальное количество солнечного света, а сами конструкции стали легкими, гибкими, мобильными, их можно свернуть в трубку и взять с собой в поход.

Для повышения КПД современные технологии позволяют выпускать многослойные полупроводниковые конструкции. Каскадное строение панели дает возможность преобразовывать отраженный свет несколько раз, что доводит их работоспособность почти до кристаллических вариантов.

Несмотря на то что устройство выглядит довольно просто, для подачи тока в сеть необходимы дополнительные составляющие:

• Аккумулятор, накапливающей энергию. Он нужен при перепадах напряжения.
• Инвертор, переводящий постоянный ток в переменный.
• Система для корректировки заряда аккумулятора.

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.

Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

• система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
• обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.

Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания

Shingled Cells — Безразрывные солнечные элементы

Безразрывные ячейки — это новая технология, в которой для солнечных панелей используются перекрывающиеся узкие ячейки, которые группируются горизонтально или вертикально по всему модулю. Безразрывная ячейка изготавливается путем лазерной резки нормального полноразмерного элемента на 5 или 6 полос и наслоения их друг с другом, с использованием специального клея. Небольшое перекрытие каждой полосы ячеек скрывает одну шину, которая соединяет полосы ячеек. Применение такого новшества позволяет покрывать большую площадь поверхности панели, ведь так не требуются располагать соединительные шины поверх элемента, которые частично затеняют ячейку. Таким образом увеличивается эффективность панели так же, как ячейки IBC, описанные ниже.

Другое преимущество состоит в том, что длинные безразрывные ячейки обычно соединяются параллельно, что значительно снижает эффект затенения — каждая длинная ячейка эффективно работает независимо.Кроме того, ячеистые ячейки относительно дешевы в изготовлении, поэтому они могут быть очень экономически эффективным вариантом, особенно если частичное затенение является проблемой.

Seraphim был одним из первых производителей, выпустивших ячейки с гибкой ячейкой с высокопроизводительными панелями Eclipse. Серия SunPower P — это новейшее дополнение к линейке SunPower, предлагающее более дешевый вариант, прежде всего для крупномасштабных станций. Другие производители, производящие безразрывные солнечные панели Yingli Solar и Znshine.

Прочность солнечных ячеек

Наряду с многочисленными усовершенствованиями элементов для повышения эффективности, существуют также новые технологии для повышения надежности и производительности в течение ожидаемого 25-летнего срока службы солнечного модуля. Солнечные панели могут подвергаться экстремальным нагрузкам из-за сильного ветра, вибраций, сильной жары и морозов, вызывающих расширение и сжатие. Это может привести к появлению микротрещин, горячих точек и деградации PID (Potential induced degradation) элементов, что приводит к снижению производительности и ускорению отказа.

Производители, такие как Winaico и LG energy, разработали чрезвычайно прочные алюминиевые рамы, чтобы помочь уменьшить нагрузку на элементы и модули. Win Win Technology, материнская компания Winaico, сделала еще один шаг вперед и разработала так называемую технологию «HeatCap», которая, по сути, представляет собой упрочняющую структуру элемента, которая помогает предотвращать образование микротрещин и горячих точек, когда элементы находятся в условиях экстремальных нагрузок. Эта технология также имеет дополнительное преимущество улучшенной производительности при более высоких температурах ячейки.

Мифы и реальность

Пока технология изготовления пленочных солнечных батарей не составляет реальной конкуренции поли/монокристаллическим аналогам. Прежде всего из-за дороговизны используемых материалов. Тем не менее, на ТВ, в сети и среди розничных продавцов бытует несколько  мифов о чудо свойствах этой технологии.

• Тонкопленочные солнечные батареи могут работать в пасмурную погоду. Отчасти это правда, но правда и в том, что любые солнечные панели работают в пасмурную погоду, выдавая при этом меньшую силу тока или вольтаж, в зависимости от модели. Пленочные так же точно снижают свою производительность.
• Пленочные батареи не снижают производительность при нагреве. Это откровенное вранье. Снижение производительности гораздо сильнее поли/монокристаллических аналогов. Поэтому при монтаже таких панелей следует обязательно предусмотреть возможность вентиляции их задних стенок.
• Дешевле. На самом деле дороже (см. недостаток 2)
• Могут принимать любую форму. Здесь правда, только вот толку, как показывает практика, от этого никакого. Панели располагаются в плоскости для достижения максимального эффекта.
• Можно свернуть в трубочку и тогда свет будет поступать на них почти весь день. Действительно такое «сенсационное» изобретение приносит прирост в производительности меньше, чем использование той же площади аналогичных батарей в плоском виде.

Схема работы цилиндрического модуля

• Увеличенный срок службы. На самом деле нет. Срок службы пленочной панели – 10-12 лет, в то время как поликристаллические модели служат от 15 до 20 лет.
• Можно использовать вместо стекол в окнах. При этом улицы вы видеть практически не будете, а эффективность такой полупрозрачной панели позволит вам в течении дня от одного окна зарядить один мобильный телефон. Сомнительное преимущество.
• Экологичность. Т.к. в батареях применяются сплавы полупроводников из индия и кадмия, то кремния используется гораздо меньше. При этом продавцы уверяют, что кремний – это вещество по вредности между ураном и мышьяком, забывая, что 1/3 земной коры состоит из него.
• Время окупаемости. Реклама пленочных батарей говорит, что они окупаются на 2-3 год эксплуатации. На самом деле нет. Срок службы пленочных солнечных батарей (10-12 лет) и их стоимость, не позволяет им окупиться вообще при нынешних ценах на электроэнергию.

9. Особенности солнечных батарей с квантовыми точками

Последний перспективный вид батарей ближайшего будущего построен на свойствах физических квантовых точек – микроскопических включений полупроводников в тот или иной материал. Геометрически такие «точки» имеют размер в несколько нанометров и распределяются в материале так, чтобы охватить поглощение излучения всего солнечного спектра – ИК, видимого света и УФ.

Огромным преимуществом подобных панелей является возможность работать даже ночью, генерируя около 40% максимальной дневной мощности.

Физико-технические характеристики, сертификация и маркировка

Независимо от того, из чего сделаны солнечные батареи, каждая из них обладает рядом следующих важных характеристик: 

• механические – геометрические параметры, общая масса, тип рамы, защитного стекла, количество ячеек, вид и ширина коннекторов;
• электрические или вольтамперные – мощность, напряжение холостого хода, сила тока при максимальной нагрузке, эффективность панели в целом и отдельных ячеек в частности;
• температурные – изменение КПД при повышении температуры на определенную единицу величины (обычно – 1 градус);
• качественные – срок службы, скорость деградации ячеек, присутствие в рейтинговых списках Bloomberg;
• функциональные – необходимость и удобство ухода, простота монтажа/демонтажа.

Промышленные солнечные панели, из каких бы материалов они не были сделаны, обязательно должны быть сертифицированы. Минимальными требованиями являются сертификаты качества ISO, СE, TUV (международные) и/или Таможенного союза (при продаже в его пределах).

Обязательной является и международные правила маркировки. Например, аббревиатура CHN-350M-72 содержит следующие сведения:

• CHN – идентификатор компании-изготовителя (в данном случае – китайской СhinaLand);
• 350 – мощность панели в ваттах;
• M – обозначение монокристаллического кремния; 
• 72 – число фотоэлектрических ячеек в модуле.

Из чего можно сделать солнечные батареи своими руками дома

Для этого необходимо следующее:

Предварительно начерченная схема и проведенные расчеты.
Определенное количество солнечных ячеек заводского изготовления – купить их дешевле всего в сети, например, на сайте Aliexpress или в других сетевых магазинах

Обращайте внимание на то, чтобы все элементы имели одинаковые электрические характеристики. Самодельный каркас из бруса и фанеры – правила его сборки можно посмотреть на многочисленных видео в сети

Оргстекло или плексиглас для поверхностного защитного покрытия.
Краска и термостойкий клей для обработки деревянных поверхностей.
Контактные полосы и провода для соединения ячеек. Схемы различные способов соединения также можно изучить в интернете.
Паяльник и припой. Паяльные работы следует проводить очень внимательно, чтобы не испортить будущее изделие.
Силиконовый клей и саморезы для закрепления сборной батареи в каркасе.

Небольшая батарея потребует около 30-50 долларов вложений, в то время как заводской вариант аналогичной мощности обойдется всего на 10-20% дороже.

Разумеется, подобная самодельная конструкция не прослужит 25 лет, не будет обладать мощностью полноценной солнечной электростанции и не сможет похвастаться значительным КПД. Однако стоимость ее будет минимальной настолько, насколько это возможно.

Преимущества солнечных батарей

Солнечная энергия — это перспективное направление, которое постоянно развивается. Они имеют несколько основных достоинств. Удобство использования, долгий срок службы, безопасность и доступность.

Положительные стороны применение данной разновидности аккумуляторных батарей:

• Возобновляемость – этот источник энергии практически не имеет ограничений притом бесплатный. По крайней мере на ближайшие 6.5 миллиардов лет. Нужно подобрать оборудование, установить его и использовать по назначению (в частном доме или коттеджном участке).
• Обильность – Поверхность земли в среднем получает около 120 тысяч терравват энергии что в 20 раз превышает нынешнее энергопотребление. Солнечные батареи для коттеджей или частных домов имеют огромный потенциал для использования.
• Постоянство – солнечная энергия постоянна поэтому человечеству не грозит перерасход в процессе ее использования.
• Доступность – солнечная энергия может вырабатывать на любой территории, при наличии естественного света. При этом чаще всего она применяется для отопления жилища.
• Экологическая чистота – солнечная энергетика является перспективной отраслью, которая в будущем заменит электростанции, работающие на невозобновляемых ресурсах: газ, торф, уголь и нефть. Безопасны для здоровья людей и домашних животных.

• При производстве панелей и монтаже солнечных электростанций в атмосферу не происходят значительные выбросы вредных или токсичных веществ.
• Бесшумность – выработка электроэнергии производится практически бесшумно, и поэтому этот вид электростанций лучше ветровых электростанций. Их работа сопровождается постоянным гулом из-за чего оборудование быстро выходит из строя, а сотрудники должны делать частые перерывы на отдых.
• Экономичность – при использовании солнечных батарей владельцы недвижимости ощущают значительное снижение коммунальных расходов на электроэнергию. Панели имеют долгий срок службы – производитель дает гарантию на панели от 20 до 25 лет. При этом обслуживание всей электростанции сводится к периодической (раз в 5-6 месяцев) очистке поверхностей панелей от грязи и пыли

Устройство и принцип работы

Гибкие солнечные батареи функционируют благодаря такому явлению, как фотовольтаика. Здесь нужно понимать, что свет действует не только как волна, он также представляет собой поток частиц, именуемых фотонами. Непосредственно процесс получения электричества в результате трансформации энергии фотонов называется фотовольтаикой.

Примитивные прототипы солнечных модулей в современном понимании были разработаны еще в середине прошлого века, с тех пор они претерпели существенные внешние и функциональные изменения. Но в любом случае фотоэлектрический эффект является заслугой полупроводников. Ими называют особый сегмент материалов, отличающихся строением атома. Вариации n-типа обладают лишними электронами, в то время как полупроводники р-типа характеризуются нехваткой электронов в атомах. Фотоэлемент образуется в результате комбинирования двух типов исходных веществ, в тандеме эти материалы становятся базой двухслойного изделия.

Солнечные модули образуются из отдельных фотоэлементов, изначально конструкции имели жесткую форму с укрепленной металлической рамой. Со временем изделия стали облегчать, что и привело к разработке гибких солнечных батарей – они мягче и надежнее прототипов.

Панели функционируют по следующему принципу:

1. N-слой принимает солнечные лучи, контактирующие с поверхностью фотоэлемента.
2. В результате взаимодействия фотонов с атомами полупроводника у последних «выбиваются» избыточные электроны.
3. Частицы, получившие свободу, перемещаются к р-слою, присоединяются к атомам с недостатком электронов.
4. В итоге взаимодействия нижний слой становится анодом, а верхний катодом.
5. Продуцируется постоянный ток, он приспособлен для зарядки аккумулятора.

Как выглядят гибкие солнечные панели

Полупроводники – это дорогие материалы, чаще всего для гибких солнечных модулей применяют селен, кремний. Постоянный ток преобразуется в переменный, который могут потреблять привычные электроприборы. Чтобы изделия получались легкими и тонкими, пленочные вариации оснащают полимерным напылением в тандеме с алюминиевыми проводниками.

Виды

Сегодня из всего имеющегося ассортимента самой большой востребованностью пользуются 3 подвида солнечных батарей, которые сделаны из кремния.

• Монокристаллические изделия. Их можно легко «опознать» по внешнему виду, так как эти панели имеют скошенные углы. Фотоэлементы имеют квадратную форму и черную расцветку. Они могут «смотреть» только в одну сторону. Их КПД можно назвать высоким — от 15 до 25%. Данные панели всегда должны быть повернуты своей лицевой стороной к источнику питания – солнцу. Если день выдался пасмурный, если солнце закатилось или пока еще не взошло, мощность устройства будет минимальным. При помощи этих панелей можно довольно эффективно использовать площадь, при этом получая максимальные параметры мощности.
• Поликристаллические изделия. Это также квадратные пластины, имеющие темно-синий цвет, иногда имеют вкрапления кристаллов кремния. По сравнению с другими подвидами имеют большую площадь и отлично подходят для монтажа на масштабных поверхностях. КПД, правда, будет ниже — от 12 до 15%. Но такие батареи спокойно будут работать даже в самый ненастный день.

• Аморфные кремниевые устройства. Этот вид батарей намного дешевле двух предыдущих подвидов. Каждая панель очень сильно похожа на пленку с фотоэлементами синего цвета. КПД у них совсем маленький — около 6-7%. Напыленные слои из кремния будут быстро прогорать под лучами солнца. Зато они хорошо поглощают рассеянный свет и ИК-лучи, поэтому можно без проблем устанавливать их в тех местах, где часто бывает слишком облачно. Из-за гибкой основы монтаж этих пластин довольно прост. Но они прослужат вам значительно меньший срок, чем монокристаллические и поликристаллические панели.
• Микроморфные панели. Этот подвид представляет собой симбиоз аморфных устройств, в которых присутствуют микровкрапления кремниевых кристаллов. Их КПД будет составлять 8-12%, и для них характерен длительный срок эксплуатации.

Стекло для солнечных батарей – виды и характеристики

Существует пять основных разновидностей стеклянного покрытия, отличающихся технологией изготовления, содержанием химических элементов-«присадок» и физико-техническими параметрами.

1. Листовое «float» стекло.   

Применяется в наиболее дешевых модулях, изготовленных преимущественно малоизвестными китайскими фирмами. Отличительные черты:

• толщина и прочность выше, чем у классического оконного;
• присутствует антибликовая технология;
• качественная полировка;
• прозрачность в диапазоне 90-91%.

Такое покрытие солнечных батарей наименее эффективно и наиболее чувствительно к влиянию внешней среды. Из-за этого эксплуатационные характеристики «флоат» модификаций начинают быстро ухудшаться, в частности:

• снижается коэффициент светопропускания по причине механических микроповреждений полировки твердыми частицами песка и пыли;
• возникают перепады внутреннего напряжения под влиянием структурных изменений материала;
• уменьшается уровень поглощения электромагнитного фотонного потока. 

Весь комплекс указанных проблем приводит к ускоренной деградации ячеек. В результате уже через 10-15 лет первоначальный КПД системы снижается на 20 и более процентов, что требует глубокой модернизации либо полной замены панелей.

2. Каленое стекло для солнечных батарей

Представляет собой более надежную защиту по нескольким причинам. Основная из них – специальная процедура термической закалки заготовок при температурах более 650°C. Вспомогательная причина – изменение химического состава стекловидной массы, за счет пониженного содержания оксида железа (Fe2O3) и повышенного – окислов свинца (PbO) и бария (B2О3). 

Следствием этого являются следующие эксплуатационные характеристики:

• прочность, позволяющая сохранять целостность поверхности при ударном динамическом воздействии крупного града или сравнимых по размеру камешков на скоростях порядка 90-95 км/ч;
• аналогичный безопасный уровень статической нагрузки, примерно равный весу взрослого мужчины;
• более устойчивая кристаллическая решетка;
• прозрачность 92-93%.

Такое механически и химически модифицированное покрытие для панелей в солнечных электростанциях практически не поддается деформации и сохраняет все эксплуатационные качества на протяжении не менее 25 лет.

3. Антибликовое стекло для солнечных батарей

Защита фотоэлектрических ячеек листами данного класса не только сверхнадежна, но и отличается повышенной прозрачностью – 94-97%. Физически материал защитной поверхности представляет собой сложную кристаллическую структуру, полученную следующим путем:

• закаливание кремний-силикатной смеси по специальному графику повышения и понижения температур;
• первичная полировка;
• травление поверхности с процедурой вытеснения атомов кальция; 
• напыление ионизированной калий кобальтовой антибликовой пленки по нанотехнологии NSTM (Nano Selective Transmission Modeling).

Для сравнения: аналогичная последней процедуре технология используется при изготовлении стекла наиболее престижных марок смартфонов. Результатом становится материал, чрезвычайно устойчивый ко всем типам механического, химического и биологического воздействия, и при этом максимально прозрачный.

4. «Sandwich» — двойное стекло для защиты солнечных батарей

 Иначе такую технологию именуют «glass-glass», и сейчас она применяется во всех модулях высшей категории качества. Ее отличие от предыдущих вариаций состоит в использовании сразу двух типов покрытия. 

Лицевая сторона панели защищается антибликовым листом, а тыльная, вместо стандартного металлического или полимерного основания – каленым высокопрочным стеклом. 

На КПД это не влияет, но срок эффективной эксплуатации модулей «glass-glass» сразу возрастает на 25-30%.

5. Полимерная защита солнечных батарей

Последняя разновидность поверхностной защиты – пластичные полимерные покрытия. Они используются для гибких тонкопленочных панелей и обладают хорошими показателями прозрачности и прочности при кратно меньшей толщине, чем стеклянные аналоги.

Благодаря применению полимеров гибкие солнечные батареи последних поколений, при сравнимом номинальном КПД с «классикой»:

• в 12-15 раз тоньше;
• в 5-7 раз легче;
• в 1,5-2 раза эффективнее при высоких температурах.

Сферы применения

Помимо ситуаций, где тонкопленочные модификации могут использоваться наравне с классикой, существует несколько сфер, где применение традиционных модулей неудобно или невозможно вовсе:

• благодаря чрезвычайно малой массе, гибкие батареи часто устанавливаются на дроны, а также электрические и гибридные автомобили:
• использование солнечных пленок очень удобно в портативных СЭС небольшой мощности, что быстро оценили любители многодневных походов пешком или на лодках;
• начинается постепенное внедрение тонкопленочной фотовольтаики в традиционные предметы гардероба – одежду, обувь, а также рюкзаки и сумки;
• эластичность и небольшой вес незаменимы при снабжении энергией солнца теплиц и прочих конструкций с нелинейной формой кровли, не приспособленных к высокой нагрузке;
• во многих странах гибкие панели массово покрывают навесы над стоянками авто и остановками общественного транспорта;
• в самом ближайшем будущем тонкие пленки начнут интегрироваться не только в крыши, но и в окна.

Новая гелио технология быстро завоевывает мир, хотя и находится пока в стадии становления. Основным ее преимуществом перед классическими жесткими вариантами является мобильность и варианции использования. 

Традиционные кремниевые модули практически не имеют возможностей дальнейшего усовершенствования. Пленочные батареи, напротив, способны в разы увеличить свой КПД, стать еще более функциональными, дешевыми и абсолютно безопасными для окружающей среды.

Изготовление

Для изготовления полупроводникового преобразователя подходит только тщательно очищенный кремний. Форма его имеет, как правило, вид цилиндра с диаметром всего в десятки миллиметров.

В кремниевой пластине образуются области, насыщенные по-разному «дырками» и электронами. Другими словами, имеющие «дырочную» p-проводимость и n-проводимость электронную.

Под «дырками» понимают металл, из которого примесями частично удалены электроны, т.е. это «положительная» зона, или p-проводимость.

По этому принципу созданы были первые ФЭТ – преобразователи фотоэлектрические, КПД которых достигали почти 30% при нормальных условиях и порядка 22% — при высокой температуре.

Виды солнечных панелей

Солнечные батареи функционируют долго, могут вырабатывать постоянный ток, даже если погода пасмурная. Вместе с тем появляется возможность предупредить возникновение скачков напряжения. Как результат, техника на объекте, подключенная к такому источнику электроэнергии, служит дольше, т. к. созданы более щадящие условия эксплуатации (исключается риск повышения, падения напряжения, отключение питания).

Модуль представляет собой панель, состоящую из нескольких преобразователей, объединенных между собой. Чтобы изменить характеристики солнечной батареи, добавляют такие конструкции. Но эффективность работы подобных устройств зависит не только от количества модулей, а еще и от того, насколько правильно была выполнена установка (учитывают углы наклона панелей, интенсивность солнечного освещения на участке). Модули представлены видами:

Монокристаллические. Производятся из чистого материала – монокристаллического кремния. Его отличает высокие показатели эффективности. Причем КПД солнечных элементов – около 22%, а панелей на их основе – не более 18%. Такие модули рекомендуется применять в местности, где уровень освещенности часто низкий.

Монокристаллическая солнечная панель

Поликристаллические. По стоимости они предпочтительнее, т. к. производятся из мультикристаллических пластин. Еще одна причина низкой цены – недостаточно высокая производительность. Рекомендуется применять такие модули, если в местности сравнительно одинаковый уровень освещенности в разное время, отсутствуют резкие перепады.

Поликристаллические солнечные панели

Аморфные. Другое название – тонкопленочные солнечные батареи. Они отличаются универсальным действием (применяются на разных объектах, в различных целях). Могут устанавливаться там, где жаркое солнце внезапно сменяется облачной погодой. Теоретически аморфные панели в будущем будут использоваться не только на крышах, но и на сумках, других бытовых изделиях. Минусом таких панелей является более низкая производительность, если сравнивать с поли-, монокристаллическими.

Тонкопленочные (аморфные) солнечные панели

Гетероструктурные. Считаются наиболее эффективными, их КПД достигает 25%. Панели вырабатывают электроэнергию при солнечной и пасмурной погоде. В России такую продукцию представляет марка «Хевел». Компания-производитель разрабатывает и внедряет собственную технологию производства гетероструктурных панелей.

Гетероструктурные солнечные панели

Основные элементы конструкции:

• аккумулятор, позволяющая устранить перепады напряжения, вызванные изменением освещенности панели, а еще одна накапливает энергию;
• инвертор – преобразователь тока (из постоянного в переменный);
• контроллер: обеспечивает стабильную работу модуля, т. к. контролирует все параметры (температуру, зарядное напряжение аккумулятора и др.).

В продаже встречаются готовые системы, а также отдельные элементы для сбора с учетом собственных потребностей.

Портативная солнечная батарея – специально для туристов

У каждого в наше время есть электронные гаджеты. Не суть, что у кого-то их меньше, а кого-то больше. Все их необходимо заряжать, а для этого нужны зарядные устройства. Но, особенно остро этот вопрос касается тех, кто попадает в места, где отсутствует электропитание. Единственным выходов являются солнечные батареи. Но, цены на них остаются высокими, а выбор — небольшим. Оптимальным вариантом, как принято считать, является продукция компании Goal Zero (хотя есть и российская продукция, и китайская – как всегда вызывающая сомнении).

Но, оказалось, что не все то плохо, что сделано в Китае или Корее. Особенно порадовала солнечная батарея компания YOLK из Чикаго, которая начала производство компактной солнечной батареи Solar Paper – самой тонкой и легкой. Ее вес всего 120 граммов. Но есть и другие преимущества – модульная конструкция, позволяющая наращивать мощность. Солнечная батарея похожа на пластиковую коробку, по размерам напоминающую Ipad, только тоньше в два раза. На ее лицевой стороне размещена солнечная панель. Есть на корпусе выход для ноутбука и порты USB и для подключения других солнечных панелей, а также фонарик. Внутри этой чудо коробки – аккумуляторы и плата управления. Зарядить девайс можно от розетки, причем, одновременно это могут быть телефон и два ноутбука. Конечно, заряжается устройство и от солнца. Как только на него попадает свет, загорается индикатор. В походных условиях солнечная панель просто незаменима: с успехом заряжает все нужные устройства – телефоны быстрее, ноутбуки.

Портативные солнечные батареи отличаются компактными размерами: они выпускаются даже в виде брелков, прикрепить которые можно к чему угодно. Разрабатывались они для того, чтобы можно было их взять на рыбалку, в поход и пр. Обязательно у них имеется фонарик, чтобы ночью можно было осветить дорогу, палатку и т.д., крепления, позволяющие легко их разместить на рюкзаках, байдарках, палатках

Очень важно, чтобы в таком устройстве был встроенный аккумулятор, позволяющий заряжать девайсы и в ночное время

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролики и обзоры, в которых рассматриваются гибкие панели популярных производителей, помогут сделать правильный выбор. Вы сможете увидеть, как будет выглядеть ваш дом после монтажа оборудования, специалисты помогут подобрать нужное количество батарей и рассмотрят правила установки.

Как устроены гибкие солнечные батареи и из чего их изготавливают:

Устанавливать гибкую батарею можно и в квартире на фасаде многоэтажки, почему бы и нет:

Еще немного о производстве и преимуществах гибких элементов:

Солнечные батареи дают возможность стать энергонезависимым, не мониторить цены на бензин и коммунальные услуги. Если вложить определенную сумму один раз, вы сможете неограниченно потреблять энергию для пользования бытовыми электроприборами и подзарядки аккумулятора электромобиля. Все больше людей переходят на альтернативную энергию, потому что за ней – будущее.